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杭州地铁湘湖站北二基坑坍塌事故分析 发布时间:2017-07-20


20081115日下午315分,正在施工的杭州地铁湘湖站北2基坑现场发生大面积坍塌事故,造成21人死亡,24人受伤(截止20099月已先后出院),直接经济损失4961万元。

经调查,事故直接原因是施工单位违规施工、冒险作业、基坑严重超挖;支撑体系存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时;垫层未及时浇筑。监测单位施工监测失效,施工单位没有采取有效补救措施。

杭州地铁事故基坑,长107.8m,宽21m,开挖深度15.716.3m。设计采用800mm厚地下连续墙结合四道(端头井范围局部五道)Φ609钢管支撑的围护方案。地下连续墙深度分别为31.5m34.5m基坑西侧紧临大道,交通繁忙,重载车辆多,道路下有较多市政管线(包括上下水、污水、雨水、煤气、电力、电信等)穿过,东侧有一河道。

基坑平面图

 

基坑土方开挖共分为6个施工段,总体由北向南组织施工至事故发生前,第1施工段完成底板混凝土施工,第2施工段完成底板垫层混凝土施工,第3施工段完成土方开挖及全部钢支撑施工,第4施工段完成土方开挖及3道钢支撑施工、开始安装第4道钢支撑,第56施工段已完成3道钢支撑施工、正开挖至基底的第5层土方同时,第1施工段木工、钢筋工正在作业;第3施工段杂工进行基坑基底清理,技术人员安装接地铜条;第4施工段正在安装支撑、施加预应力,第56施工段坑内2台挖机正在进行第5层土方开挖。

 

基坑开挖工序

首先西侧中部地下连续墙横向断裂并倒塌,倒塌长度约75m,墙体横向断裂处最大位移约7.5m,东侧地下连续墙也产生严重位移,最大位移约3.5m。由于大量淤泥涌入坑内,风情大道随后出现塌陷,最大深度约6.5m。地面塌陷导致地下污水等管道破裂、河水倒灌造成基坑和地面塌陷处进水,基坑内最大水深约9m

根据勘查结果对基坑土体破坏滑动面及地下连续墙破坏模式进行了分析:
1)西侧地下连续墙静力触探试验表明,在绝对标高-8m-10m(近基坑底部)qc值为0.20MPaqc仅为原状土的30%左右),土体受到严重扰动,接近于重塑土强度,证明土体产生侧向流变,存在明显的滑动面。
2)西侧地下连续墙墙底(相应标高-27.0左右),C1孔静探qc值约为0.6MPaqc为原状土的70%左右),土体有较大的扰动,但没有产生明显的侧向流变,主要是地下连续墙底部产生过大位移而所致。

 

勘察方的主要问题:
不符合规范要求
 (1)基坑采取原状土样及相应主要力学试验指标较少,不能完全反映基坑土性的真实情况。
 (2)勘察单位未考虑薄壁取土器对基坑设计参数的影响,以及未根据当地软土特点综合判断选用推荐土体力学参数。
 (3)勘察报告推荐的直剪固结快剪指标cΦ值采用。平均值,未按规范要求采用标准值,指标偏高。
 (4)勘察报告提供的④2层的比例系数m值(m=2500kN/m4)与类似工程经验值差异显著。

 提供的土体力学参数互相矛盾,不符合土力学基本理论。
  (1)推荐用于设计的主要地层土的三轴CUUU试验指标、无侧限抗压强度指标与验证值、类似工程经验值差异显著。
  试验原始记录已遗失,无法判断其数据的真实性。


设计方出现的问题:
设计单位未能根据当地软土特点综合判断、合理选用基坑围护设计参数,力学参数选用偏高降低了基坑围护结构体系的安全储备。
设计中考虑地面超载20kPa较小。基坑西侧为一大道,对汽车动荷载考虑不足。根据实际情况,重载土方车及混凝土泵车对地面超载宜取30kPa,与设计方案20kPa相比,挖土至坑底时第三道支撑的轴力、地下连续墙的最大弯矩及剪力均增加约4%~5%,也降低了一定的安全储备。
设计单位考虑不周,经验欠缺
 1)设计图纸中未提供钢管支撑与地下连续墙的连接节点详图及钢管节点连接大样,也没有提出相应的施工安装技术要求。没有提出对钢管支撑与地连墙预埋件焊接要求。
 2)同意取消施工图中的基坑坑底以下3m深土体抽条加固措施,降低了基坑围护结构体系的安全储备。经计算,采取坑底抽条加固措施后,地下墙的最大弯矩降低20%左右,第三道支撑轴力降低14%左右,地下墙的最大剪力降低13%左右,由于在坑底形成了一道暗撑,抗倾覆安全系数大大提高。
 3)从地质剖面和地下连续墙分布图中可以看出,对于本工程事故诱发段的地下连续墙插入深度略显不足,对于本工程,应考虑墙底的落底问题。
 4)设计提出的监测内容相对于规范少了3项必测内容。


施工方面的主要问题:
土方超挖
土方开挖未按照设计工况进行,存在严重超挖现象。特别是最后两层土方(第四层、第五层)同时开挖,垂直方向超挖约3m,开挖到基底后水平方向多达26m范围未架设第四道钢支撑,第三和第四施工段开挖土方到基底后约有43m未浇筑混凝土垫层。土方超挖导致地下连续墙侧向变形、墙身弯矩和支撑轴力增大
支撑设计不合理
与设计工况相比,如第三道支撑施加完成后,在没有设置第四道支撑的情况下,直接挖土至坑底,第三道支撑的轴力增长约43%,作用在围护体上的最大弯矩增加约48%,最大剪力增加约38%;超过截面抗弯承载力设计值1463kN?m/m

 

 

钢支撑与地下连续墙预埋件未进行有效连接。
钢管支撑与地连墙预埋件没有焊接,直接搁置在钢牛腿上,没有效连接易使支撑钢管在偶发冲击荷载或地下连续墙异常变形情况下丧失支撑功能。

 

监测问题:
1)监测数据不全
电脑中的原始数据被人为删除,通过对监测人员使用的电脑进行的数据恢复,发现以下3个问题。
12008109日开始有路面沉降监测点11个,至1115日发生事故前最大沉降316mm,监测报表没有相应的记录。
211149号(北端头井东侧地连墙)测斜管18m深处最大位移达43.7mm,与监测报表不符。
320081113CX45号测斜管最大变形数据达65mm,超过报警值(40mm),与监测报表不符。
通过以上可以发现,电脑中的数据与报表中的数据不一致,实际变形已超设计报警值而未报警,可以认为监测方有伪造数据或对内对外两套数据的可能性。
2)监测内容不符

其它问题:
(1)专项方案审批管理混乱,未严格按设计及规范要求监理。
(2)监理未按规定程序验收,违反监理规范。
(3)发现存在严重质量安全隐患,而未采取进一步措施予以控制。

经调查结果显示:由于在该工程基坑土方开挖过程中,基坑超挖钢管支撑架设不及时垫层未及时浇筑钢支撑体系存在薄弱环节等因素,引起局部范围地下连续墙产生过大侧向位移,造成支撑轴力过大及严重偏心。同时基坑监测失效,隐瞒报警数值,未采取有效补救措施。以上直接因素致使部分钢管支撑失稳,钢管支撑体系整体破坏,基坑两侧地下连续墙向坑内产生严重位移,其中西侧中部墙体横向断裂并倒塌,风情大道塌陷。

1)施工应严格按经审查的施工组织设计进行。应及时安装支撑(钢支撑),及时分段分块浇筑垫层和底板,严禁超挖。
2)基坑围护结构设计应方便施工,基坑工程施工应有合理工期。
3)基坑工程不确定因素多,应实施信息化施工。
监测点设置应符合规范和设计要求。监测单位应认识科学测试,及时如实报告各项监测数据。项目各方要重视基坑的监测工作,通过监测施工过程中的土体位移、围护结构内力等指标的变化,及时发现隐患,采取相应的补救措施,确保基坑安全。
4)有多道内支撑的基坑围护体系应加强支撑体系的整体稳定性。对钢支撑体系应改进钢支撑节点连接型式,加强节点构造措施,确保连接节点满足强度及刚度要求。施工过程中应合理施加钢管支撑预应力。
应明确钢支撑的质量检查及安装验收要求,加强对检查和验收工作的监督管理。
5)施工中应加强基坑工程风险管理,建立基坑工程风险管理制度,落实风险管理责任。每个环节都要重视工程风险管理,要加强技术培训、安全教育和考核,严格执行基坑工程风险管理制度,确保基坑工程安全。

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